6.1 交流电机电枢绕组感应电动势的形成原理

杭州电子科技大学《电机学》自动化学院第六章三相交流电机的感应电动势和磁动势磁场的存在是实现机电能量转换的关键媒介。在直流电机中，定子磁场相对于转子磁场是静止不动的，因此直流电机的理解要简单很多。在交流电机中，定子磁场是通过电磁铁的模式形成的，转子磁场的形成则有两种方式，即感应式或者非感应式(包括永久磁铁或者电磁铁)。根据转子磁场形成的方式，交流电机则可以分为异步电机(也称为感应电机)和同步电机。异步电机的转子磁场是由定子磁场在转子绕组中感应的电动势产生的电流而形成的磁场，因此异步电机的转子与定子磁场是不同步的。同步电机中的转子磁场是由永久磁铁或者电磁铁形成的，同步电动机的转子是与定子磁场同步旋转的。6.1交流电机电枢绕组中感应电动势的形成原理6.1.1单根导体内产生的感应电动势电角度α

和机械角度θ

的关系式中，p

为电机的极对数。电机的电角速度ω

与机械角速度ωm的关系电机的电角速度与转速的关系机械角度：绕定子内表面一周历经的空间角度称为

弧度机械角度。电角度：在定子内表面的不同导体内产生的感应电动势变化相差一个周期，

这些导体在定子内表面间隔的空间角度称为弧度电角度。电机的电角度α

与电角速度ω

的关系问题：（1）2对极的交流电机，转子旋转一圈，对应的电角度为多少？（2）八极的交流电机，转子转动一圈所对应的机械角度和电角度各为多少？为分析单根导体内感应电动势的大小，作如下规定：(1)磁通由转子进入定子为正方向；(2)导体内的感应电动势穿出屏幕为正方向；(3)导体相对于主磁极顺时针方向旋转为正转。

假设电机的气隙中只存在基波磁感应强度(简称基波磁密)，每个磁极下磁密的平均值根据电磁感应定律，导体内产生的感应电动势导体的线速度当转子磁极以转速旋转时，导体内感应电动势的频率发电机：根据电机极对数和转子的转速可以计算所发出的交流电的频率。电动机：根据电机的极对数和供电的频率可以计算电机转子的转速。导体内的基波感应电动势式中代表基波感应电动势的幅值式中为转子磁极的面积为转子每个磁极下的磁通导体内基波感应电动势的有效值交流电机内单根导体基波感应电动势的特点：(1)基波感应电动势为正弦波；(2)基波感应电动势的频率与转子的转速和极对数成正比；(3)基波感应电动势的幅值与转子的角频率和每极磁通成正比。6.1.2整距线匝和线圈内产生的感应电动势整距线匝产生的基波感应电动势相量该基波感应电动势幅值交流电机的电枢由多个线圈组成。将个线匝串联起来构成一个线圈。整距线圈产生的基波感应电动势可以表示为与变压器绕组电动势表达式相同交流电机与变压器的主要区别：(1)变压器的一、二次绕组都是静止不动的，而交流电机定子电枢部分是静止不动的，转子是旋转的。变压器相当于一台静止的交流电机，也可以说变压器是交流电机运行状态中的一个特例。(2)变压器的一、二次侧能量形式都是电能，而交流电机定子侧为电能，转子侧为机械能。变压器实现不同电压或者电流等级之间的电能转换，而交流电机实现电能和机械能之间的相互转换。6.1.3短距线圈内产生的感应电动势短距线圈的基波感应电动势根据几何方法，短距线圈的基波感应电动势式中，称为基波短距系数。短距线圈的排列，既降低了线圈感应电动势中谐波含量，也降低了基波感应电动势的幅值。整距线圈的基波感应电动势6.1.4分布式线圈组内产生的感应电动势线圈在交流电机定子内的分布方式主要有两种：分布式绕组、集中式绕组。电角度三个线圈的合成感应电动势三个弦的外接圆的半径q个整距线圈感应电动势的合成相量的幅值式中称为基波分布系数。q个整距分布式线圈串联后合成的感应电动势幅值等于q个整距集中线圈的总感应电动势乘以基波分布系数。q越大越有利于消除谐波感应电动势，但要求定子槽数增多。当交流电机电枢绕组既有分布、又有短距时，绕组的感应电动势为式中，称基波绕组系数。

交流电机气隙磁场的分布不是理想的正弦波，因此，电枢绕组中必然存在谐波感应电动势，通过电枢绕组的短距和分布处理可以大大降低电枢中感应电动势的谐波分量，提高基波分量的比例。

其原理就是通过线圈的短距和分布的处理，调整每个线圈中的感应电动势的相位，从而可以